電子線路實驗第一堂課內容設計

孫玲姣+喻偉闖+楊慶

【摘 要】對物理或電子等相關專業而言，《電子線路實驗》是一門重要的和實踐性較強的專業基礎課程。電子線路實驗第一堂課內容往往是非常重要的，因為它關系到能否讓學生知道如何做實驗和做好實驗。文中詳細介紹了在第一堂課內容中必須先讓學生清楚的四點內容，并在課堂最后通過一個簡單的實驗項目來熟悉前面介紹的實驗環節，讓學生在以后能更好地做好該課程后面的實驗項目，學好這門課程，為后續的課程打下堅實的基礎。

【關鍵詞】電子線路實驗；專業基礎課程；第一堂課；實驗內容

【Abstract】Electronic circuit experiment is an important and practical professional basic course in physics or electronics related.Electronic circuit experiment first class content is often very important，because it concerns the ability of the students know how to do the experiment and do the experiment well.In this paper，four inportant point must first let the students know in the first class is detailedly explained firstly，then in classroom final through a simple experimental project to familiarize students with the previous experimental practice，Through these training，students will be able to better complete the follow-up of the experimental project for the rest of this course，and lay a solid foundation for learning of the following courses.

【Key words】Electric circuits experiments；Profession basis course；First class；Experiment contents

0 引言

《電子線路實驗》是根據我國高校《模擬電子技術》和《數字電子技術》教學大綱開設的一門獨立實驗課程，要求學生在學習《電子技術基礎》（數字部分）和《電子技術基礎》（模擬部分）理論課程的基礎上，通過實驗對電子技術理論的進一步理解及掌握。《電子線路實驗》課程在鞏固學生電子技術理論知識的同時，也要求對學生的動手實踐能力得到一定的鍛煉，并讓部分學生通過該門課程的學習后具有一定設計制作功能電路的能力[1]。因此《電子線路實驗》對物理或電子等相關專業而言是一門重要的和實踐性較強的專業基礎課程[2-4]。

在學生上該門實驗課的第一堂課中，除了讓學生清楚的認識到這門課程的學習任務、學習目標和重要性外，更重要的是讓學生知道如何做實驗和想認真的做好實驗，而不僅僅是為了完成實驗過程，甚至抄襲別人的數據，導致在做完所有安排的實驗項目后，大部分學生對實驗內容幾乎毫無印象。因此，為了做到這一點，在第一堂的實驗教學過程中讓學生清楚這樣幾個方面是非常重要的，它們分別是：1）明確考核方式，重點放在學會，而不僅僅是完成；2）掌握電路接線；3）掌握基本儀器儀表的使用和養成良好的實驗操作習慣；4）準確定位實驗指導教師和學生自己在實驗中各自的角色。課堂最后通過一個簡單的實驗項目來熟悉前面介紹的實驗環節，讓學生能更好地做好該課程后面的實驗項目。該實驗課程采用的硬件實驗設備主要有DS1052E雙通道數字示波器、DG1022函數信號發生器、UT51數字萬用表和DJ-SD6電子技術實驗箱，后面文中所說實驗箱均指這種設備。

1 明確考核方式

實驗課程的考核方式具有多樣性[5]，而每一門課程都有自身的特點，學校或任課教師會根據其自身特點采取相應的考核方式，比如：試卷考試、現場實驗操作、上機操作、作品制作、大作業、競賽形式等方式。結合多年該實驗課程的教學經驗和該課程的基礎性及操作實踐性，我們采取了實驗操作與實驗報告處理綜合考慮的考核方式。在第一堂課上，讓學生清楚實驗操作和實驗報告單處理是評分的依據。

實驗操作的評分主要根據學生是否認真完成所做實驗項目、操作方法是否正確來評定，通常這一部分評分對按要求完成實驗內容的學生都是沒有差別的。我們在這里主要強調的是：雖然每一個實驗項目都分配有固定的學時，然而每個同學在做實驗的過程中的進程不一樣，如果有的同學在規定的學時內沒有完成相應的實驗內容，請學生無需擔憂，可以在下次實驗的時接著做，并且不影響操作評分。這樣就可以讓他們可以靜下心來做實驗，而避免了有的學生為了趕時間而手忙腳亂或抄襲別人實驗數據的現象。在后面的實驗課堂中，我們經常看到的是這樣的景象：學生都在忙而有序的做著自己的實驗，如有疑問會積極和實驗教師或同學討論。

實驗報告單處理的評分主要依據學生報告單上實驗測量數據、數據處理和分析、報告單整潔度等來評定。每次實驗課后，會給學生足夠的課外時間讓學生來處理實驗報告單。在這里我們需強調：前面的實驗操作的評分基本上沒差別，所以實驗報告單處理的評分是成績拉分的部分。這樣就可有效的督促學生回顧課本或查閱相關資料，將實驗和上過的理論內容結合起來，更好的理解和掌握所學內容。通過后面所交的實驗報告單，可以明顯的感覺出整體的實驗報告單比以前的規范、整潔、合理。

2 掌握電路接線

《電子線路實驗》這門課程一般是在大二學期開設的基礎實驗課，也許對有的學生來說，這是第一門需要動手連接實驗電路的課程，因此，在實驗的過程中，首先需要學生會看電路圖，并會根據電路圖用元器件和導線連接電路。為了保證不同基礎的每一個學生在以后的實驗項目中都能正確的連接，在第一堂課上就要讓學生學會看圖和連接電路。以實驗項目——晶體管單級放大電路為例，首先讓學生找到該實驗項目中的共射極單管放大器實驗電路圖，并根據電路圖在實驗箱上找到所需的各分立元器件。接著以三極管為中心，讓所有同學在實驗教師的指導下以相同的步調，按三極管的基極b、發射極e和集電極c的順序，將導線一根一根的接好，完成電路圖的連接。這種方法和以前通常采用的實驗指導教師演示一次的方法比較，我們發現效果差異比較大。后者通常來說演示的速度比較快，大部分學生跟不上這樣的節奏，即使速度不快，學生也很難全部記住，同樣也很容易忽略一些特別強調要注意的一些小細節。前者的方法雖然在第一次課堂上會花相對較長的時間完成電路連接，但是保證了學生在以后的實驗項目中可以自己完成基本的實驗電路接線，如果實驗中有什么需要注意的事項，只需在實驗操作之前統一提醒或演示一下。這樣充分調動了學生動手的積極性，讓課堂上不再有學生玩手機、聊天或旁觀，同時也大大的提高了整體實驗的效率。

3 掌握基本儀器儀表的使用和養成良好的實驗操作習慣

該實驗課程采用的測量儀器儀表主要有數字示波器、函數信號發生器和數字萬用表。在實驗中學生必須掌握它們的一些基本使用方法。

對于數字萬用表，讓學生了解它的基本功能[6-8]，主要有：交直流電壓電流的測量、電阻測量、二極管和三極管的測試和通斷測試，同時現場一起操作。在這里主要強調三點：1）在測量交流電壓和電流時，萬用表屏幕直接顯示的是有效值，測電阻時，需將相應部分獨立出來，且不帶電測量；2）將功能開關打在蜂鳴器和二極管檔位，先直接短接兩根表筆，如果蜂鳴器會發出蜂鳴聲，則說明兩根表筆是通的，接著才可用這一檔進行二極管和三極管的測試和通斷測試。當檢測導線時（導線阻值通常在100Ω以下），將導線兩端分別接兩個表筆，如果蜂鳴器會發出蜂鳴聲則說明導線是通的，并且萬用表屏幕上顯示的數值為表筆與導線串后的阻值，單位為Ω，當沒有蜂鳴聲這說明這根導線是斷開的，同時屏幕顯示“1”；當檢測二極管時，將紅表筆接二極管陽極，黑表筆接陰極，萬用表屏幕上顯示六百多，單位為mV，為其正向壓降，調換兩個表筆位置，顯示為“1”，則說明二極管是好的。如果當紅表筆接二極管陽極，黑表筆接陰極時，蜂鳴器響或屏幕顯示“1”，都說明二極管已壞掉；當檢測三極管時，把三極管當成兩個背靠背的二極管，以NPN型小功率三極管s9013為例，將紅表筆放在基極b，黑表筆放在發射極e或集電極c，屏幕上都顯示五百多毫伏，則說明三極管是好的；3）用同一個表先交替測量電壓和電流時，要保證表筆換到對應的插孔，并把功能開關打到相應的檔位，否則容易造成錯誤測量，并把萬用表的保險管燒壞。

對于函數信號發生器，讓學生知道如何選擇所需信號的波形及調節其參數[9]，比如：頻率、有效值或峰峰值、對稱性等。這里要強調的是：在信號調好過后，先用好的探頭將信號引入正常工作的示波器，觀察波形和參數是否和前面所調信號基本一致，如果不是所調信號，需檢測相應輸出通道旁的“output”鍵是否點亮，如果已點亮，說明通道壞。

當用數字示波器觀察波形時，讓學生知道怎樣調節才能看到最佳顯示效果的波形，以及讀取相應波形的參數。通常來說，將信號通過通道接入示波器后，只需按“AUTO”鍵，便立即獲得合適的顯示波形[10-12]。當幅值較小或頻率較小時，需手動設置才能看到較好的波形。這里要強調三點：1）因輸入變化或電路參數改變時，會導致電路輸出波形在變化時，如果示波器顯示波形不再方便觀察，一般只需按“AUTO”鍵；2）在使用示波器進行觀察和測量前，先把好的探頭的紅色夾子和黑色地線夾子接到函數信號發生器或示波器校正信號輸出端。按按“AUTO”鍵，幾秒鐘后，看是否能在波形顯示區看到輸入函數信號或示波器校正信號的波形，如果可以，說明相應的輸入通道是好的，否則，該通道壞；3）無源示波器探頭相當于兩根線，在使用前可用檢測導線的方法分別判斷它們的好壞。在使用時，要保證地線夾子可靠的接了地（被測系統的地，非真正的大地）。在實驗中，用幾根探頭用于輸入和輸出交流信號時，則需將它們的地線夾子共地。

為了讓學生在實驗時有良好的實驗操作習慣，需在第一堂實驗課上就規范學生的實驗操作方法。比如：每次進入實驗室進行實驗，不是馬上連接電路，而是應該先用前文所述方法檢查實驗項目所需的導線、各分立元件、示波器探頭、儀器通道等的好壞，用萬用表檢查電源，檢查完畢后才開始做實驗；在實驗中如需換線，則需斷電后再進行，換線完畢再打開開關。

4 準確定位實驗指導教師和學生自己在實驗中各自的角色

在實驗中，有時會有學生問指導老師某一個數據或現象對不對，通過這個現象可以反映出學生課前預習不夠，導致他們的不自信或者說對結果很茫然。因此，在第一堂課上要讓學生了解到，課前預習的重要性，在課堂上不能依賴指導教師而直接獲得答案。而指導教師在遇到這種情況時，應先判斷測量結果是否合理，如果合理，則引導學生自己判斷；如果不合理，先應檢查學生線路連接，指出需糾正的地方，并讓學生自己判斷糾正后的實驗結果。每次實驗后，實驗指導教師根據實驗的具體情況布置相應的思考題。這樣讓學生意識到他們才是實驗的主角，實驗指導教師僅僅是起到指導作用。

5 實驗項目

實驗要求完成：晶體管單級放大電路中放大器靜態工作點的測量和調試，以及放大器中頻電壓增益的測試[13]。

5.1 放大器靜態工作點的測量和調試

圖1為電阻分壓式單管放大器靜態工作點測量實驗電路，電路中NPN型三極管Q1為s9013，電流放大系數β=200，其他各元件參數見圖1。靜態工作點測量條件：輸入端Us接地，即Ui=0。按圖1接好電路，調節滑動變阻器RP，用數字萬用表的直流電流檔測量集電極電流IC，使IC=1.0mA。再用萬數字用表的直流電壓檔測得三極管Q1各極電壓分別為Ub=2.49V、Ue=1.89V和Uc=6.93V，計算出Uce=5.04V。圖1中各電表示數為用protues仿真時各電量的數值，他們分別為：Ic=1.0mA，Ub=2.58V、Ue=1.92V和Uc=6.88V，計算出Uce=4.96V。當然，如果為了避免斷開集電極，還可以通過先測量電壓Ue或Uc再算出的方法，在這里我們不再詳述。

放大器靜態工作點的調試是指對三極管集電極電流Ic（或Uce）的調整和測試。靜態工作點是否合適，對放大器的性能和測試波形都有很大影響：若工作點偏高，信號容易產生飽和失真；若工作點偏低，信號容易產生截止失真。為了得到符合要求而不失真的放大信號，所以在選定工作點以后必須進行動態調試，這需要協調考慮兩方面的調試：1）改變電路參數Vcc、RC、RB1、RB2可改變靜態工作點的高低，但通常采用調節電阻R B2的方法來實現；2）前面所說的工作點偏高或偏低不是絕對的，應該是相對于輸入信號的幅度而言的，若輸入信號幅度很小，即使工作點較高或較低也不一定出現失真。所以確切地說，波形失真的產生是輸入信號幅度與靜態工作點設置不當導致的。如果要滿足較大信號幅度的要求，靜態工作點應該盡量靠近交流負載線的中點。

5.2 放大器中頻電壓增益的測試

測試放大器中頻電壓增益時的電路如圖2（a）所示，按圖1調好單管放大器的靜工作點（IC=1.0mA），將函數發生器調到f=5kHz，US為相應的值接到放大器，使Ui=8mV，通過示波器觀察到輸入信號Ui和輸出信號UO為兩個正弦波，它們的相位相差180o，且測得UO=1.28V，計算得電壓增益AV=160。圖2（a）中各電表示數為用protues仿真時各電量的數值，他們分別為：Ui=8mV和Uo=1.36V，根據仿真結果計算得到AV=170。圖2（b）為Ui和UO的仿真波形，因為Ui和Uo數值相差比較大，為了能在同一圖中顯示，Ui和Uo在圖中采用不同的縱軸坐標，左邊為Ui，單位為：mV，右邊為UO，單位為：V，橫坐標為時間t，單位為ms。

信號源頻率不變，逐漸增大信號，并調節靜態工作點，得到最大不失真輸出信號UO=1.74 mV，相應的輸入信號Ui=8.8 mV，計算得電壓增益AV≈198。用protues仿真時各電量的數值分別為：Ui=8.8 mV和UO=1.49 mV，根據仿真結果計算得到AV≈170。仿真波形類似圖2（b）。當繼續增大輸入信號使Ui=25.2mV，protues仿真得到失真的輸出信號UO=3.55V，計算得電壓增益AV≈141，已經偏離了AV=170這個值，仿真波形如圖3所示。

在上述實驗過程中，仿真值可作為理論值，通過實驗比較電壓增益可以發現，估算結果、實驗結果和仿真結果之間有差距，這可能是由于元器件工藝的一致性、測量儀表的精準度、溫度濕度變化等因素引起的誤差。實際中這些誤差只要控制在一定范圍就可以不考慮了。

6 結論

在實驗課的第一堂課中，不但應該讓學生清楚的認識到這門課程的學習任務、學習目標和重要性，更應該讓他們知道如何做實驗，并掌握基本儀器儀表的使用，這樣才能讓學生做好后面的實驗項目，學好這門課程，為后續的課程打下堅實的基礎。

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[責任編輯：田吉捷]